CN111931309B - 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法 - Google Patents

一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111931309B
CN111931309B CN202010858495.7A CN202010858495A CN111931309B CN 111931309 B CN111931309 B CN 111931309B CN 202010858495 A CN202010858495 A CN 202010858495A CN 111931309 B CN111931309 B CN 111931309B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sel
hardening
strain
softening
anchor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010858495.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111931309A (zh
Inventor
丁秀丽
黄书岭
秦洋
刘登学
张雨霆
赵化蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission filed Critical Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority to CN202010858495.7A priority Critical patent/CN111931309B/zh
Publication of CN111931309A publication Critical patent/CN111931309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111931309B publication Critical patent/CN111931309B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
  • Piles And Underground Anchors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，通过不同杆体材料应力应变曲线获取所需材料信息；主程序前处理建模时对锚杆/锚索结构按规定进行分组命名；主程序调用材料信息文件、材料信息读取文件、材料信息赋予文件完成材料信息的写入读取和赋予；在每一计算步结束调用硬化软化断裂文件控制锚杆/锚索结构的本构关系，实现了锚杆/锚索结构的硬化软化断裂。该方法采用数组进行材料信息存储和传递，用结构所属分组名进行材料匹配来实现，能便捷有效将多种锚杆/索材料的硬化软化断裂信息同时植入到计算程序中，使锚杆/锚索结构具备化软化断裂功能，解决了现有工程支护结构分析中锚杆/锚索结构不具备硬化软化断裂功能的问题。

Description

一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法
技术领域
本发明涉及工程支护结构模拟分析技术领域，具体涉及一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法。
背景技术
现有的支护结构分析技术采用锚杆/锚索结构单元，该类结构单元均为理性弹塑性的，与实际锚杆/锚索受力规律相比，存在明显的差异，不具备硬化软化断裂的功能，不能有效模拟锚杆真实的受力特征及规律。对于实际的锚杆/锚索杆体材料而言，其拉伸特性表现为弹性-塑性流动-应变硬化-应变软化-断裂，亦可以是上述部分过程的组合。为此，本发明提供了一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，使得结构单元具备硬化软化断裂的能力，实现了锚杆/锚索受拉状态下真实工作性态的模拟。
发明内容
本发明的目的在于针对工程支护结构分析技术中锚杆/锚索结构单元只是简单的理想弹塑性模型，缺乏对硬化软化断裂过程描述的问题，提出一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其能够方便快捷地将实际锚杆材料的拉伸硬化/软化阶段应力应变关系以及断裂应变植入计算程序，使锚杆/锚索结构单元具备硬化软化断裂功能，并且满足加卸载准则，实现了锚杆/锚索拉伸状体下真实工作性态的模拟。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，包括如下步骤：
步骤1，获取杆体材料信息，具体包括以下步骤：
步骤101，以杆体材料，横截面几何特征一致作为划分依据，分类得到n类锚杆/锚索杆体，并对杆体材料进行命名为material_name_1～material_name_n；
步骤102，对于第i类锚杆/锚索杆体，对原标距长度为l0i的此类杆体材料拉伸试件进行静力拉伸试验，根据拉伸实验结果曲线，获取以下信息：屈服-硬化临界应变ε1i、硬化-软化临界应变ε2i、断裂应变ε3i、硬化及软化阶段各自的应力-应变函数关系
Figure GDA0003752460620000021
和
Figure GDA0003752460620000022
其中i＝1～n；
步骤2：制作通用文件：
制作材料信息文件、材料信息读取文件、材料信息赋予文件和硬化/软化/断裂文件；
将步骤1中得到的材料信息：材料种类数n、材料名称、拉伸试件原标距长度、屈服-硬化临界应变、硬化-软化临界应变、断裂应变以及硬化/软化间隔应变写入所述材料信息文件中，将硬化及软化阶段各自的应力-应变函数关系写入所述硬化/软化/断裂文件中；
步骤3：进行锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟，包括以下步骤：
步骤301：在主计算程序生成锚杆/锚索结构单元时，按照步骤1分类得到的n类锚杆/锚索杆体，对其进行分组：对属于同一类的结构单元使用相同的分组，不同类的采用互不相同的分组，分组名分别为group_name_1～group_name_n，且满足group_name_i＝mate-rial_name_i；
步骤302：在主计算程序求解前调用材料读取文件，读取材料信息；在生成所有锚杆/锚索结构单元后再调用材料信息赋予文件，赋予材料信息；在主计算程序的每一个计算步结束调用硬化/软化/断裂文件，实现锚杆/锚索结构的硬化软化断裂。
进一步的，上述步骤102中，硬化及软化阶段的应力-应变函数关系是通过数据处理软件对应力应变曲线的硬化段和软化段进行拟合得到的，分别为式1、式2：
Figure GDA0003752460620000031
Figure GDA0003752460620000032
式中：σ为拉应力，ε为拉应变，
Figure GDA0003752460620000033
与
Figure GDA0003752460620000034
分别为原标距长度为l0i的第i类锚杆/锚索杆体硬化阶段和软化阶段应力应变函数关系表达式，ε1i为第i类锚杆/锚索杆体屈服前的临界应变，ε2i为第i类锚杆/锚索杆体硬化前的临界应变，ε3i为第i类锚杆/锚索杆体极限断裂拉应变。
进一步的，上述步骤2中，制作材料信息文件、材料信息读取文件、材料信息赋予文件和硬化/软化/断裂文件具体包括如下步骤：
步骤201：制作材料信息文件；
文件内容包括锚杆/锚索杆体种类数n，材料名material_name_1～material_name_n，材料拉伸实验应力应变曲线对应的拉伸试件原标距长度l01～l0n，材料拉伸实验应力应变曲线中的屈服-硬化临界应变ε11～ε1n，硬化-软化临界应变ε21～ε2n以及断裂应变ε31～ε3n，用以控制程序运算速度的硬化/软化间隔应变Δεε；
步骤202：制作材料读取文件；
文件内容为：首先读打开步骤101生成的材料拉伸实验应力应变曲线信息文件，并且定义两个变量：材料总数material_number、硬化/软化间隔应变interval_strain，进行如下赋值：
material_number＝n
interval_strain＝Δεε；
其次，定义一个二维数组material(5，material_number)，对数组元素进行如下赋值：
material(1,i)＝material_name_i
material(2,i)＝l0i
material(j,i)＝ε(j-2)i,j＝3～5
步骤203：制作材料信息赋予文件；
文件内容为：首先，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历得到所有锚杆/锚索结构单元ID的最大值sel_maxid；
其次，定义一个二维数组sel_length(2,sel_maxid)，一个二维数组sel_material(5,sel_maxid)；
接着，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元执行以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其结构单元信息，包括：结构单元所属分组的组名group_name_m，起始长度initial_length；
结构单元材料识别：遍历数组material(1,i),i＝1～n，求得x值，使material(1,x)＝group_name_m；
对数组sel_length和sel_material的元素进行以下赋值：
sel_length(1,k)＝initial_length
sel_material(1,k)＝material(3,x)
sel_material(2,k)＝material(4,x)
Figure GDA0003752460620000041
sel_material(4,k)＝material(2,x)
sel_material(5,k)＝x
最后，定义一个二维数组sel_strain(2,sel_maxid)；
步骤204：制作硬化/软化/断裂文件；
文件内容为：在每一个计算步结束后，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元对每个结构单元执行以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其当前长度final_length，对步骤203中生成的数组sel_length进行以下赋值：
sel_length(2,k)＝final_length
对步骤203中生成的数组sel_strain进行以下赋值：
sel_strain(1,k)＝(sel_length(2,k)-sel_length(1,k))/sel_length(1,k)
判断sel_strain(1,k)与sel_material(1,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(1,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(1,k)，继续进一步判断(sel_strain-(1,k)－sel_strain(2,k))的值与interval_strain的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)≤interval_strain，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)>interval_strain，继续进一步判断sel_strain(1,k)与sel_material(2,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(2,k)，执行硬化函数，并对sel_strain(2,k)进行赋值：
Figure GDA0003752460620000051
sel_strain(2,k)＝sel_strain(1,k)
若sel_strain(1,k)>sel_material(2,k)，执行软化函数，并对sel_strain(2,k)进行赋值：
Figure GDA0003752460620000052
sel_strain(2,k)＝sel_strain(1,k)
修改结构单元ID＝k的结构单元的屈服应力为final_strength；
判断sel_strain(1,k)与sel_material(3,k)的大小关系，根据结果执行如下过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(3,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(3,k)，调取结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变，判断最大拉伸应变是否为0.0001，根据结果执行不同过程：
若是，跳出到下一个结构单元；
若不是，修改结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变为0.0001，跳出到下一个结构单元。
更进一步的，所述步骤201～步骤204中独立制作的文件可以进行整合。
更进一步的，所述步骤201～步骤204中的二维数组均可以采用一维数组替代。
本发明提供的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，可以达到如下效果：
(1)可以实现将锚杆/锚索杆体材料的硬化/软化函数、断裂应变植入到锚杆/锚索结构，使锚杆/锚索结构具备硬化软化断裂功能。
(2)在实现了硬化软化断裂的基础上，锚杆/锚索结构是满足加卸载条件的。
(3)可以实现在一次计算中考虑多种锚杆/锚索杆体材料的硬化软化断裂。
(4)本发明中所有文件具有通用性，制作完成后可应用于任何其它数值计算过程：对于一次数值计算，只需将杆体材料信息输入到杆体材料信息文件，硬化/软化段的应力应变关系输入到硬化软化断裂文件，再进行文件调用即可。
附图说明
图1为本发明一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法的流程图。
图2为杆体材料信息文件组成。
图3为实施例一的杆体材料信息文件。
图4为实施例一中锚杆静力拉伸试验的应力应变曲线。
图5为实施例一中锚杆数值模拟静力拉伸试验的应力应变曲线。
图6为实施例二中1号锚杆数值模拟静力拉伸试验的加卸载曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法如下步骤：
步骤1，获取杆体材料信息，具体包括以下步骤：
步骤101：以杆体材料，横截面几何特征一致作为划分依据，分类得到n类锚杆/锚索杆体，并对杆体材料进行命名为material_name_1～material_name_n。
步骤102，对于第i类锚杆/锚索杆体，对原标距长度为l0i的此类杆体材料拉伸试件进行静力拉伸试验，根据拉伸实验结果曲线，获取以下信息：屈服-硬化临界应变ε1i，硬化-软化临界应变ε2i，断裂应变ε3i，硬化及软化阶段各自的应力-应变函数关系
Figure GDA0003752460620000071
和
Figure GDA0003752460620000072
硬化及软化阶段的应力-应变函数关系是通过数据处理软件对应力应变曲线的硬化段和软化段进行拟合得到的，分别为式1，式2。
Figure GDA0003752460620000073
Figure GDA0003752460620000074
式中：σ为拉应力，ε为拉应变，
Figure GDA0003752460620000075
与
Figure GDA0003752460620000076
分别为原标距长度为l0i的第i类锚杆/锚索杆体硬化阶段和软化阶段应力应变函数关系表达式ε1i为第i类锚杆/锚索杆体屈服前的临界应变，ε2i为第i类锚杆/锚索杆体硬化前的临界应变，ε3i为第i类锚杆/锚索杆体极限断裂拉应变。
步骤2：制作通用文件：
步骤201：制作材料信息文件，可采用图2所示的文件形式。
文件内容为：锚杆/锚索杆体种类数n，材料名material_name_1～material_name_n，拉伸实验结果曲线信息对应的拉伸试件原标距长度l01～l0n，屈服-硬化临界应变ε11～ε1n，硬化-软化临界应变ε21～ε2n，断裂应变ε31～ε3n，硬化/软化间隔应变Δεε。
步骤202：制作材料读取文件。
文件内容为：首先读打开步骤101生成的材料拉伸实验结果曲线信息文件，定义两个变量：material_number，interval_strain，并且进行如下赋值：
material_number＝n
interval_strain＝Δεε。
其次，定义一个二维数组material(5，material_number)，对数组元素进行如下赋值：
material(1,i)＝material_name_i
material(2,i)＝l0i
material(j,i)＝ε(j-2)i,j＝3～5
步骤203：制作材料信息赋予文件。
文件内容为：首先，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历得到所有锚杆/锚索结构单元ID(每个结构单元所特有的编号)的最大值sel_maxid；
其次，定义一个二维数组sel_length(2,sel_maxid)，一个二维数组sel_material(5,sel_maxid)；
接着，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元执行以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其结构单元信息，包括：结构单元所属分组的组名group_name_m，起始长度initial_length。
遍历数组material(1,i),i＝1～n，求得x值，使material(1,x)＝group_n-ame_m。
对数组sel_length和sel_material的元素进行以下赋值：
sel_length(1,k)＝initial_length
sel_material(1,k)＝material(3,x)
sel_material(2,k)＝material(4,x)
Figure GDA0003752460620000091
sel_material(4,k)＝material(2,x)
sel_material(5,k)＝x
最后，定义一个二维数组sel_strain(2,sel_maxid)。
步骤204：制作硬化/软化/断裂文件。
文件内容为：调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元执行以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其当前长度(变形后)final_length，对步骤203中生成的数组sel_length进行以下赋值：
sel_length(2,k)＝final_length
对步骤203中生成的数组sel_strain进行以下赋值：
sel_strain(1,k)＝(sel_length(2,k)-sel_length(1,k))/sel_length(1,k)
判断sel_strain(1,k)与sel_material(1,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(1,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(1,k)，继续进一步判断(sel_strain-(1,k)－sel_strain(2,k))的值与interval_strain的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)≤interval_strain，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)>interval_strain，继续进一步判断sel_strain(1,k)与sel_material(2,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(2,k)，执行硬化函数，对sel_strai-n(2,k)进行赋值：
Figure GDA0003752460620000101
sel_strain(2,k)＝sel_strain(1,k)
若sel_strain(1,k)>sel_material(2,k)，执行软化函数，对sel_strai-n(2,k)进行赋值：
Figure GDA0003752460620000102
sel_strain(2,k)＝sel_strain(1,k)
修改结构单元ID＝k的结构单元的屈服应力为final_strength。
判断sel_strain(1,k)与sel_material(3,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(3,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(3,k)，调取结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变，判断最大拉伸应变是否为0.0001，根据结果执行不同过程：
若是，跳出到下一个结构单元；
若不是，修改结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变为0.0001，跳出到下一个结构单元。
步骤205：将步骤1中得到的材料信息(材料种类数n，材料名称，拉伸试件原标距长度，屈服-硬化临界应变，硬化-软化临界应变，断裂应变)以及硬化/软化间隔应变写入材料信息文件，将
Figure GDA0003752460620000103
与
Figure GDA0003752460620000104
写入硬化/软化/断裂文件。
步骤3：进行锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟，包括以下步骤：
步骤301：在主计算程序生成锚杆/锚索结构单元时，按照步骤1分类得到的n类锚杆/锚索杆体，对其进行分组：对属于同一类的结构单元使用相同的分组，不同类的采用互不相同的分组，分组名分别为group_name_1～group_name_n，且满足group_name_i＝mate-rial_name_i。
步骤302：在主计算程序求解前调用材料读取文件(先于结构单元材料信息赋予文件的调用)，读取材料信息；在生成所有锚杆/锚索结构单元后再调用材料信息赋予文件，赋予材料信息；在主计算程序的每一个计算步结束调用硬化/软化/断裂文件，实现锚杆/锚索结构的硬化软化断裂。
实施例1
对两根不同类型锚杆同时进行数值模拟静力拉伸实验，锚杆长度均为1m，直径14mm(1号锚杆)/10mm(2号锚杆)。
应用本发明实现两根锚杆按照各自室内拉伸实验结果进行硬化软化断裂的步骤如下：
步骤1，获取杆体材料信息：
对两类锚杆取样获得拉伸试件，原标距长度14cm(1号锚杆)/10cm(2号锚杆)，进行静力拉伸试验获得各自的应力应变曲线，如图4所示。
根据拉伸实验结果曲线，获取以下信息：屈服-硬化临界应变：ε11＝0.013，ε12＝0.024；硬化-软化临界应变：ε21＝0.15，ε22＝0.236；断裂应变：ε31＝0.174，ε32＝0.384；
硬化函数：
Figure GDA0003752460620000111
Figure GDA0003752460620000112
软化函数：
Figure GDA0003752460620000113
Figure GDA0003752460620000114
步骤2，制作通用文件：
制作材料信息文件，材料信息读取文件，材料信息赋予文件，硬化/软化/断裂文件。
将步骤1的杆体信息输入到杆体材料信息文件当中，可采用图3所示形式；将硬化函数/软化函数写入到硬化/软化/断裂文件。
步骤301：对两根锚杆采用结构单元进行建模，对于杆体材料为type_1的1号锚杆，将其划分为两个结构单元，结构单元编号分别为1、2；对于杆体材料为type_2的2号锚杆，将其划分为三个结构单元，结构单元编号分别为3、4、5。对所有结构单元进行分组：1号锚杆组名采用type_1，2号锚杆组名采用type_2。
步骤302：在主计算程序求解前调用材料读取文件；在生成所有锚杆/锚索结构单元后再调用材料信息赋予文件；在主计算程序的每一个计算步结束调用硬化/软化/断裂文件。
步骤4：对两根锚杆分别进行一端固定，另一端施加轴向恒定速率，加载至两根锚杆均断裂失效，得到两根锚杆数值模拟静力拉伸实验的应力应变曲线如图5所示。
各文件在调用过程中的执行结果分别为：
杆体材料信息读取文件执行结果为：material_number＝2，interval_strain＝0.0001，
Figure GDA0003752460620000121
杆体材料信息赋予文件执行结果为：sel_maxid＝5，定义了一个二维数组sel_length(2,5)，一个二维数组sel_material(5,5)，一个二维数组sel_strain(2,5)。
Figure GDA0003752460620000122
Figure GDA0003752460620000123
硬化/软化/断裂文件执行结果为：
每一计算步结束后遍历所有的结构单元，获得其当前长度，得到数组sel_length的第2行数值；
根据数组sel_length计算得到数组sel_strain的第一行元素，表示每个结构单元的当前应变；
对每个结构单元进行硬化软化断裂判断，对于满足硬化/软化条件的结构单元k，通过sel_material(k,5)确定其硬化/软化函数，根据其硬化/软化函数计算得到其硬化/软化强度，并以此值修改此结构单元的屈服应力值，并通过sel_strain的第二行第k个元素来记录此结构单元的当前应变值作为历史硬化/软化最大应变；对于满足断裂条件的结构单元，通过设置其最大拉伸应变为0.0001使其失效。
实施例二
对实施例一中的1号锚杆进行数值模拟拉伸实验加卸载测试，锚杆长度取14cm，结构单元划分个数为1。
步骤1：将锚杆一端固定，另一端施加恒定轴向速率，加载至硬化阶段后进行卸载；
步骤2：再加载至软化阶段后进行卸载；
步骤3：再加载至锚杆断裂失效。
得到长度14cm的1号锚杆的数值模拟拉伸实验加卸载曲线如图6所示。

Claims (5)

1.一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，获取杆体材料信息，具体包括以下步骤：
步骤101，以杆体材料，横截面几何特征一致作为划分依据，分类得到n类锚杆/锚索杆体，并对杆体材料进行命名为material_name_1～material_name_n；
步骤102，对于第i类锚杆/锚索杆体，对原标距长度为l0i的此类杆体材料拉伸试件进行静力拉伸试验，根据拉伸实验结果曲线，获取以下信息：屈服-硬化临界应变ε1i、硬化-软化临界应变ε2i、断裂应变ε3i、硬化及软化阶段各自的应力-应变函数关系
Figure FDA0003752460610000011
和
Figure FDA0003752460610000012
其中i＝1～n；
步骤2：制作通用文件：
制作材料信息文件、材料信息读取文件、材料信息赋予文件和硬化/软化/断裂文件；
将步骤1中得到的材料信息：材料种类数n、材料名称、拉伸试件原标距长度、屈服-硬化临界应变、硬化-软化临界应变、断裂应变以及硬化/软化间隔应变写入所述材料信息文件中，将硬化及软化阶段各自的应力-应变函数关系写入所述硬化/软化/断裂文件中；
步骤3：进行锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟，包括以下步骤：
步骤301：在主计算程序生成锚杆/锚索结构单元时，按照步骤1分类得到的n类锚杆/锚索杆体，对其进行分组：对属于同一类的结构单元使用相同的分组，不同类的采用互不相同的分组，分组名分别为group_name_1～group_name_n，且满足group_name_i＝mate-rial_name_i；
步骤302：在主计算程序求解前调用材料读取文件，读取材料信息；在生成所有锚杆/锚索结构单元后再调用材料信息赋予文件，赋予材料信息；在主计算程序的每一个计算步结束调用硬化/软化/断裂文件，实现锚杆/锚索结构的硬化软化断裂。
2.根据权利要求1所述的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其特征在于：上述步骤102中，硬化及软化阶段的应力-应变函数关系是通过数据处理软件对应力应变曲线的硬化段和软化段进行拟合得到的，分别为式1、式2：
Figure FDA0003752460610000021
Figure FDA0003752460610000022
式中：σ为拉应力，ε为拉应变，
Figure FDA0003752460610000023
与
Figure FDA0003752460610000024
分别为原标距长度为l0i的第i类锚杆/锚索杆体硬化阶段和软化阶段应力应变函数关系表达式，ε1i为第i类锚杆/锚索杆体屈服前的临界应变，ε2i为第i类锚杆/锚索杆体硬化前的临界应变，ε3i为第i类锚杆/锚索杆体极限断裂拉应变。
3.根据权利要求1所述的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其特征在于，上述步骤2中，制作材料信息文件、材料信息读取文件、材料信息赋予文件和硬化/软化/断裂文件具体包括如下步骤：
步骤201：制作材料信息文件；
文件内容包括锚杆/锚索杆体种类数n，材料名material_name_1～material_name_n，材料拉伸实验应力应变曲线对应的拉伸试件原标距长度l01～l0n，材料拉伸实验应力应变曲线中的屈服-硬化临界应变ε11～ε1n，硬化-软化临界应变ε21～ε2n以及断裂应变ε31～ε3n，用以控制程序运算速度的硬化/软化间隔应变Δεε；
步骤202：制作材料读取文件；
文件内容为：首先读打开步骤101生成的材料拉伸实验应力应变曲线信息文件，并且定义两个变量：材料总数material_number、硬化/软化间隔应变interval_strain，进行如下赋值：
material_number＝n
interval_strain＝Δεε；
其次，定义一个二维数组material(5，material_number)，对数组元素进行如下赋值：
material(1,i)＝material_name_i
material(2,i)＝l0i
material(j,i)＝ε(j-2)i,j＝3～5
步骤203：制作材料信息赋予文件；
文件内容为：首先，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历得到所有锚杆/锚索结构单元ID的最大值sel_maxid；
其次，定义一个二维数组sel_length(2,sel_maxid)，一个二维数组sel_material(5,sel_maxid)；
接着，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元执行以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其结构单元信息，包括：结构单元所属分组的组名group_name_m，起始长度initial_length；
结构单元材料识别：遍历数组material(1,i),i＝1～n，求得x值，使material(1,x)＝group_name_m；
对数组sel_length和sel_material的元素进行以下赋值：
sel_length(1,k)＝initial_length
sel_material(1,k)＝material(3,x)
sel_material(2,k)＝material(4,x)
Figure FDA0003752460610000031
sel_material(4,k)＝material(2,x)
sel_material(5,k)＝x
最后，定义一个二维数组sel_strain(2,sel_maxid)；
步骤204：制作硬化/软化/断裂文件；
文件内容为：在每一个计算步结束后，调取锚杆/锚索结构单元的全局表首地址，遍历所有锚杆/锚索结构单元对每个结构单元执行
以下过程：
对于结构单元ID＝k的结构单元，调取其当前长度final_length，对步骤203中生成的数组sel_length进行以下赋值：
sel_length(2,k)＝final_length
对步骤203中生成的数组sel_strain进行以下赋值：
sel_strain(1,k)＝(sel_length(2,k)-sel_length(1,k))/sel_length(1,k)
判断sel_strain(1,k)与sel_material(1,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(1,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(1,k)，继续进一步判断(sel_strain-(1,k)－sel_strain(2,k))的值与interval_strain的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)≤interval_strain，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)-sel_strain(2,k)>interval_strain，继续进一步判断sel_strain(1,k)与sel_material(2,k)的大小关系，根据结果执行不同过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(2,k)，执行硬化函数，并对sel_strain(2,k)进行赋值：
Figure FDA0003752460610000041
sel_strain(2,k)＝sel_strain(1,k)
若sel_strain(1,k)>sel_material(2,k)，执行软化函数，并对sel_strain(2,k)进行赋值：
Figure FDA0003752460610000042
sel_strain(2，k)＝sel_strain(1，k)
上述fyh表示硬化函数，frh表示软化函数；
修改结构单元ID＝k的结构单元的屈服应力为final_strength；
判断sel_strain(1,k)与sel_material(3,k)的大小关系，根据结果执行如下过程：
若sel_strain(1,k)≤sel_material(3,k)，跳出到下一个结构单元；
若sel_strain(1,k)>sel_material(3,k)，调取结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变，判断最大拉伸应变是否为0.0001，根据结果执行不同过程：
若是，跳出到下一个结构单元；
若不是，修改结构单元ID＝k的结构单元的最大拉伸应变为0.0001，跳出到下一个结构单元。
4.根据权利要求3所述的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其特征在于：所述步骤201～步骤204中独立制作的文件可以进行整合。
5.根据权利要求3所述的一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法，其特征在于：所述步骤201～步骤204中的二维数组均可以采用一维数组替代。
CN202010858495.7A 2020-08-24 2020-08-24 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法 Active CN111931309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010858495.7A CN111931309B (zh) 2020-08-24 2020-08-24 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010858495.7A CN111931309B (zh) 2020-08-24 2020-08-24 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111931309A CN111931309A (zh) 2020-11-13
CN111931309B true CN111931309B (zh) 2022-09-09

Family

ID=73306058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010858495.7A Active CN111931309B (zh) 2020-08-24 2020-08-24 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111931309B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112699556B (zh) * 2020-12-31 2022-08-23 长江水利委员会长江科学院 吸能锚杆/锚索的结构型让压模型的构建方法
CN112699557B (zh) * 2020-12-31 2022-11-01 长江水利委员会长江科学院 吸能锚杆/锚索的材料型让压模型的构建方法
CN116933448B (zh) * 2023-09-18 2023-12-15 中国矿业大学(北京) 高强吸能锚杆/锚索数值模拟方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109883825A (zh) * 2019-01-22 2019-06-14 吉林大学 金属圆棒试样单轴拉伸大应变范围硬化曲线的测量方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101366375B1 (ko) * 2010-03-11 2014-02-24 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 내지연 파괴 특성이 우수한 고강도 강재와 고강도 볼트 및 그 제조 방법
EP3710667B1 (en) * 2017-11-15 2023-04-26 Services Pétroliers Schlumberger Field operations system with filter
CN110578542B (zh) * 2019-09-19 2020-09-08 中国矿业大学 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109883825A (zh) * 2019-01-22 2019-06-14 吉林大学 金属圆棒试样单轴拉伸大应变范围硬化曲线的测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111931309A (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111931309B (zh) 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法
WO2014141794A1 (ja) 応力－ひずみ関係シミュレート方法、スプリングバック量予測方法およびスプリングバック解析装置
CN107908917B (zh) 一种高强板冲压成形回弹预测方法
Li et al. Numerical simulation of incremental sheet forming based on GTN damage model
Lehký et al. FraMePID-3PB software for material parameter identification using fracture tests and inverse analysis
CN109115383B (zh) 冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法
CN112730056B (zh) 一种脆性固体材料非均匀性力学性能预测方法
CN107239642B (zh) 面向碳纤维增强复合材料钻削的多尺度数值仿真方法
CN106525612A (zh) 基于拉伸及压缩实验的聚碳酸酯统一本构模型的构建方法
Namdar et al. Effect of flexural crack on plain concrete beam failure mechanism A numerical simulation
CN109558692A (zh) 预测微粒高速冲击下金属构件残余应力和马氏体相变的有限元方法
CN112699557B (zh) 吸能锚杆/锚索的材料型让压模型的构建方法
CN112287474A (zh) 用于模拟聚乙烯醇纤维混凝土力学行为的算法、设备及存储介质
CN113049371B (zh) 一种金属材料破坏强度测试方法
CN114062132A (zh) 一种岩石单轴压缩加速蠕变起始时间的预测方法
Zhicheng et al. Finite element analysis on the steel fiber-reinforced concrete beams: A systematic review
Havanur Fatigue Life of Rapid Processed Polymer Specimen: An Experimental Investigation
Toribio et al. Analysis of near-tip fatigue crack path bifurcation in metallic materials
Liu et al. Study on equivalent static method for the analysis of fatigue behavior of reinforced concrete beam
Wu et al. Probabilistic Simulation of Shape Instability Based on the True Microstructure Model
CN107730434B (zh) 一种由两相复合材料细观数值模型生成点云模型的方法
CN118013715A (zh) 一种高效标定材料硬化模型的方法
Hou et al. Study on the effects of the tension and torsion loading sequence on the mechanical properties of a 20 carbon steel
Krzyzak et al. Equivalent fatigue zone in a notched elements determined by use of non-local line method with weight function
Wang et al. Finite element modeling and simulation towards metallic microstructure of titanium alloy based on Abaqus

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant